DE1194665B - Ausheizbares Vakuumventil mit langer Lebensdauer - Google Patents

Description

• Ausheizbares Vakuumventil mit langer Lebensdauer Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumventil, das zum Zweck der Entgasung, d. h. Reinigung von adsorbierten Gasen, auf 500° C erhitzt werden kann.
• Das erfindungsgemäße Ventil hat im geschlossenen Zustand eine sehr hohe Dichtigkeit, es erfordert zum Schließen eine verhältnismäßig kleine Kraft, und es erlaubt eine große Anzahl von Ausheizungen und Schließungen, ohne das nennenswerte Undichtigkeit eintritt oder der Schließungsdruck wesentlich erhöht werden müßte.
• Das Hauptmerkmal der Erfindung ist folgende Kombination: a) Der Träger des Dichtungsringes und die als Ventilstopfen dienende Halbkugel bestehen aus Hartmetall, z. B. Stellit oder Wolframkarbid.
• b) In den Träger des Dichtungsringes ist eine Kugelzone eingeschliffen, deren Radius gleich ist dem Radius der als Ventilstopfen dienenden Halbkugel.
• c) Als Dichtung ist auf die Kugelzone im Trägerring eine dünne Schicht eines korrosionsbeständigen weichen Metalles z. B. Silber, Gold oder Platin, aufgebracht, vorzugsweise durch Galvanisieren oder Aufdiffundieren.
• An Hand der A b b. 1 und 2 wird das erfindungsgemäße Ventil näher beschrieben: A b b. 1 stellt einen Schnitt durch ein Ventil dar, das hauptsächlich für kleinere Durchflußmengen entwickelt worden ist. In die Ventilkammer g, die oben durch die Membran e abgeschlossen ist, münden die beiden Rohrstutzen h und i. Das in Frage kommende Gas tritt bei h ein, strömt bei geöffnetem Ventil durch die Bohrung im Sitzring a und verläßt das Ventil bei i. In dem Sitzring a ist die eingeschliffene Kugelzone mit dem aufgebrachten Weichmetall c erkennbar. Die zum Schließen verwendete Halbkugel b ist mit Hilfe einer Unterlegscheibe k und vier federnder Klammern 1 an dem Block d so befestigt, daß sie durch leichten seitlichen Druck um einen gewissen Betrag senkrecht zur Achse des Ventils verschoben werden kann, wodurch eine genaue Zentrierung des Ventilstopfens beim Schließen des Ventils gewährleistet wird. Die Membran e, die dicht mit dem Ventilgehäuse m und dem Block d verbunden ist, besteht aus dünnem Blech und ermöglicht eine gewisse axiale Beweglichkeit des Blockes d und damit des Ventilstopfens b.
• Über der Membran ist die Blattfeder f angeordnet, die aus einem elastischen und wärmebeständigen Werkstoff, z. B. Inconel X, besteht. Ihre Aufgabe ist, den Block d und damit den Ventilstopfen b anzuheben und damit das Ventil zu öffnen, wenn keine Kraft auf den Block d ausgeübt wird. Die Schraubkappe o ist mit dem Gehäuseteil m durch das Gewinde n verbunden. Mittels der Druckschraube p kann der Block d nach unten gedrückt und damit das Ventil geschlossen werden. Wie schon vorher erwähnt, wird das Ventil sich automatisch öffnen, wenn von der Betätigungsvorrichtung keine Kraft auf den Block d ausgeübt wird oder wenn die Betätigungsvorrichtung zum Ausheizen des Ventils abgenommen wird.
• A b b. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ventils für größere Durchflußmengen. Trägerring mit Dichtung und Ventilstopfen bestehen aus den gleichen Werkstoffen wie die entsprechenden Bauteile in A b b. 1. Wegen des größeren Weges, den der Ventilstopfen bei dieser Ausführung zurückzulegen hat, ist die Membran hier durch den Faltenbalg r ersetzt, der aus rostfreien Stahl oder Monel hergestellt ist. Um eine genaue Zentrierung des Ventilstopfens beim Schließen des Ventils zu gewährleisten, ist die Halbkugel b, die fest mit der Plattes verbunden ist, in dem Käfig t lose gelagert. Wenn zum Schließen des Ventils der Stempel u durch eine geeignete Betätigungsvorrichtung nach unten bewegt wird - das Ventil muß in senkrechter Stellung benutzt werden -dann kann die Halbkugel b in die natürliche Schließstellung rollen. Wenn die Platte s danach nicht mehr parallel zur Stirnfläche des Stempels u stehen sollte, wird sie beim weiteren Senken des Stempels u zur Anlage an dessen Stirnfläche gebracht werden. Erst dann wird die nötige Kraft zum endgültigen Schließen des Ventils übertragen. Als Betätigungsvorrichtung kann eine einfache Schraubkappe mitDruckschraube wie o und p A b b. 1 auf das Gewinde v aufgeschraubt werden. Zum Wiederöffnen wird die Kappe w auf den oberen Rand des Ventilgehäuses gesetzt und der Stempel u mit der Schraube x angehoben.
• Im folgenden wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventils beschrieben: Beim Einpressen der Halbkugel in den Sitzring wird das dichtende Metall auf der verhältnismäßig schmalen Kugelzone leicht so komprimiert, daß es sich unter plastischer Deformation an die Oberfläche der Halbkugel anlegt, wobei auch mikroskopische Kratzer und Risse in der Oberfläche der Halbkugel ausgefüllt werden. Hierdurch wird eine außerordentliche Dichtigkeit des Ventils erreicht. Zwar geht bei den ersten Schließungen eine geringe Menge des Dichtungsmetalls verloren, aber in dem Maße, wie die verbleibende Schicht auf der Kugelzone dünner wird, gehen diese Verluste zurück. Wenn die Dicke der verbleibenden Schicht sich auf etwa ein Hundertstel der Sitzbreite verringert hat, tritt ein fast stationärer Zustand ein, bei dem praktisch kein Dichtungsmetall mehr verloren geht und die Lebensdauer des Ventils unbegrenzt scheint. Zur Erklärung dieser Tatsache kann angenommen werden, daß beim Schließen des Ventils der Druck in der Mitte der dichtenden Zone, wo das weiche Metall nicht wegfließen kann, am größten ist und nach außen und innen abnimmt. In der Mitte der dichtenden Zone wird das weiche Metall bis zur Plastizität komprimiert sein, wobei ein fast hydrostatischer Zustand resultiert mit vernachlässigbar kleinen Scherkräften. In den Randgebieten dagegen wird wegen des dort geringeren Druckes das dichtende Metall nur elastisch deformiert sein, und die hier auftretenden Scherkräfte hindern das Dichtungsmetall am Ausfließen. Die Dichtung des Ventils wird durch das bis zur Plastizität komprimierte Weichmetall in der Mitte der dichtenden Zone bewirkt.
• Das für den Träger des Dichtungsringes und für den Ventilstopfen verwendete Hartmetall hat eine so hohe Druckfestigkeit und Wärmebeständigkeit, daß eine schädliche Deformation durch das Schließen und Ausheizen des Ventils ausgeschlossen ist. Auch das durch vorhergehende Schließungen verdichtete Weichmetall kann in der beschriebenen Anordnung wegen der stets gleichbleibenden Sitzbreite immer wieder mit der gleichen Kraft, wie oben beschrieben, in den plastischer, Zustand versetzt werden.
• Laie Kugelform hat folgende Vorteile: 2. HaremetalIkugeln mit der erforderlichen hohen Ober$,ächengüte können billiger hergestellt werden als Scheiben oder Kegel.
• 2. Fin kugelförmiger Dichtungsstopfen kann leichter die natürliche Schließstellung im Ventilsitz xfmden«. Wegen der geringen Schichtdicke des Weichmetalkinges ist eine genaue Zentrierung notwendig.
• 3. Vershaben gezeigt, daß Ventile mit kugelförmigem Ventilsitz mit je ringer Kraft gedichtet werden können, als V®nt@ mit ebenen Schließf&hen. Wahrscheinlich erleichtert ein minimales Gleiten den Dfebtungsvorgang.
• Um ein Festsitzer, oder Fressen der Halbkugel in dem We-Umetalt zu verhindern, wird die Halbkugel durch Au#tamp&n, Galvanisieren oder Kathodenserstäubuug- mit einer dünnen Chromschicht bedeckt. Das Chrom ist durch eine starke Affinität zum Sauerstoff stets mit einer dünnen Oxydschicht bedeckt, die auch beim Ausheizen im Vakuum nicht zerstört wird. Diese Oxydschicht wirkt dem Festsitzen oder Fressen der Halbkugel in dem weichen Metall des Dichtungsringes entgegen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Ausheizbares Vakuumventil mit metallischem Dichtungselement, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß sowohl der Träger des Dichtungselementes als auch der Dichtungsstopfen aus Hartmetall, z. B. Wolframkarbid oder Stellit, bestehen, daß das Dichtungselement als dünne Schicht eines korrosionsbeständigen weichen Metalls, z. B. Silber, Gold, Platin, auf den Träger fest aufgebracht ist, z. B. durch Galvanisieren oder Aufdiffundieren, und daß die bei der Schließung des Ventils in Berührung kommenden Oberflächen von Ventilsitz einerseits und Ventilstopfen andererseits Zonen von Kugeln gleichen Durchmessers sind.
2. 2. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dichtungsstopfen dienende Halbkugel durch eine gelochte Scheibe und eine Anzahl federnder Klammern mit ihrer ebenen Fläche gegen das den Schließungsdruck übertragende Bauelement gepreßt wird, wobei die Klammern eine gewisse seitliche Beweglichkeit der gelochten Scheibe und der Halbkugel zulassen, so daß die Halbkugel beim Schließen des Ventils in die genaue Schließstellung gleiten kann.
3. 3. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dichtungsstopfen dienende Halbkugel fest mit einer Platte verbunden ist, mit deren Hilfe die Halbkugel von dem Ventilsitz abgehoben werden kann, wenn das Ventil geöffnet werden soll.
4. 4. Vakuumventil nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dichtungsstopfen dienende Halbkugel in einem Käfig oder überwurf so lose gelagert ist, daß sie beim Schließen des Ventils durch Einfluß der Schwerkraft in die genaue Schließstellung rollen kann.
5. 5. Vakuumventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder aus wärmebeständigem Werkstoff die Öffnung des Ventils bewirkt, wenn keine Kraft zum Schließen des Ventils von der Betätigungsvorrichtung ausgeübt wird oder wenn die Betätigungsvorrichtung von dem eigentlichen Ventil entfernt wird.
6. 6. Vakuumventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dichtungsstopfen dienende Halbkugel in bei Armaturenverschlußteilen an sich bekannter Weise mit einer dünnen Schicht von Chrom bedeckt ist, das vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung, Aufdampfen oder Galvanisieren aufgebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 78 997, 814 694, 830 723, 1060 209; schweizerische Patentschrift Nr. 255187; britische Patentschrift Nr. 582 523; USA.-Patentschriften Nr. 1036 006, 1940 999; 2597569.